基于UG的砂帶磨床模塊化、參數(shù)化設(shè)計(jì)及基本模塊庫的創(chuàng)建摘 要隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，市場對砂帶磨床的設(shè)計(jì)提出更高的要求：既要求產(chǎn)品向多品種、小批量方向發(fā)展，又要求產(chǎn)品具備性能齊全、優(yōu)質(zhì)可靠和高效等特點(diǎn)；且對供貨周期和性價(jià)比要求也越來越高。傳統(tǒng)的砂帶磨床設(shè)計(jì)與制造方法已無法滿足市場在這些方面越來越高的要求。而“模塊化設(shè)計(jì)”以產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短、響應(yīng)市場快、成本低、通用性與重組性好等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到行業(yè)設(shè)計(jì)人員的重視。本論文通過模塊化設(shè)計(jì)理論與參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)的研究與分析，論述了砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)的方法與步驟及模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)與建庫的實(shí)現(xiàn)方法。論文的主要研究工作如下：首先，論文闡述了模塊化設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和運(yùn)用的基本原理與方法，對模塊化關(guān)鍵技術(shù)及評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，分析總結(jié)了模塊化設(shè)計(jì)的一般流程和模塊化設(shè)計(jì)的三種模式。其次，論述了國外模塊劃分理論的現(xiàn)狀，對模塊劃分理論作了進(jìn)一步深入研究，以無心外圓砂帶磨床為例對模塊劃分作了具體分析；并通過對通用CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的分析，研究了模塊詳細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法與關(guān)鍵點(diǎn)，最后以無心外圓砂帶磨床磨頭主軸的參數(shù)化建模為例進(jìn)行了介紹。然后，通過對UG二次開發(fā)技術(shù)以及基于UG的三維參數(shù)化模塊庫的建立方法等的研究與分析，提出了一種將電子表格法和程序設(shè)計(jì)法相結(jié)合的建庫方法，綜合運(yùn)用UG參數(shù)化建模技術(shù)、UG/PartFamilies工具以及UG/OpenMenuScript、UG/OpenUIStyler和UG/OpenAPI等UG二次開發(fā)技術(shù)對UG最后，論述了兩種裝配設(shè)計(jì)方法和裝配設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的一些關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于砂帶磨床模塊庫的無心外圓砂帶磨床各功能模塊和整床的配置設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：無心外砂帶磨床，模塊化設(shè)計(jì)，參數(shù)化，模塊庫ABSTRACTWiththeextensiveapplicationofabrasivebeltgrindingtechnology,higherandhigherrequirementsforabrasivebeltgrinderareproposed.Morevarietiesandsmallbatchescustomer-orderedwillbethedevelopmenttrend.However,thedevelopmentofabrasivebeltgrinderisslowinourcountry.Manyfactoriesstillusecommondesignmethod,leadingtolongdesigncycleandhighproductioncost,socan’tmeetcustomer-orderedneedsandadapttofiercemarketcompetition.Modulardesignisoneofthekeytechniquestoachieveproductdiversificationrapiddesign,whichhasgreatsignificanceformanufacturingenterprisestoenhancetheirabilitytorespondtomarketdemandquicklyandtooccupyavantagepositioninthemarketcompetition.Inthispaper,throughtheresearchandanalysisofthemodulardesigntheoryandparameterdesigntechnology,discussedtherealizationmethodoftheexternalcylindricalcenterlessgrindermodulardesign,includingthemoduleparametricdesignmethodanddatabasebuildingmethod.Themainresearchcontentsofthepaperareasfollows:Firstofall,thispaperdiscussedtherelatedconceptsandbasicprincipleofthemodulardesign,studiedthekeytechnologiesandevaluationindex,analyzedandsummarizedthegeneralprocessandthethreemodelsofthemodulardesign.Secondly,onthebasisofmakingafurtherstudyonthemoduledivisiontheory,themoduleoftheexternalcylindricalcenterlessgrinderwasdivided.ByanalyzingtherealizationmethodofpartsparametrizationdesignofthegeneralCADsystem,studiedtheparameterizationdesignmethodofthemodulestructure.Finally,describedthemethodindetailinacasestudyoftheparameterizationmodelingofthecenterlesscylindricalgrindergrindinghead.Then,throughtheresearchandanalysisoftheUGseconddevelopmenttechnologyanddatabasebuildingmethodoftheparametric3DmodelingmodulebankbasedonUG,putforwardanewdatabasebuildingmethodbycombingthespreadsheetmethodandprogramdesignmethod.DevelopedUGsecondarywiththetoolsitprovides,likeparametricmodelingtechnology,UG/PartFamiliestools,UG/OpenMenuScript,UG/OpenUlStylerandUG/OpenAPI.Establishedthe3Dparametricmodulelibrary.Finally,discussedtwokindsofassemblydesignmethodandsomekeytechnologies.DescirbedthedetailedmodulardesignprocessofthecenterlessIIIcylindricalgrinderbasedonthemodulelibrary.Keywords:CenterlessExternalAbrasiveBeltGrinder,ModularDesign,ModuleLibrary,ParameterizationIV目 錄中文摘要 I英文摘要 III緒 論 1課題的背景 1磨床模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2國外磨床模塊化設(shè)計(jì)的研究 2國內(nèi)磨床模塊化設(shè)計(jì)的研究 2課題來源及本文主要研究內(nèi)容 3課題來源 3課題意義 3主要研究內(nèi)容 4本章小結(jié) 4模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究 5模塊化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 5模塊與模塊化 5模塊化設(shè)計(jì)及其優(yōu)越性 6模塊化系統(tǒng)的分類 7模塊化設(shè)計(jì)研究運(yùn)用的基本原理和方法 8模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵及模塊化程度評價(jià) 10模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 10模塊化程度評價(jià) 模塊化設(shè)計(jì)流程 16模塊化設(shè)計(jì)的一般流程 16模塊化設(shè)計(jì)的三種模式 17本章小結(jié) 19無心外圓砂帶磨床模塊劃分及參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究 21模塊劃分技術(shù)研究 21國外模塊劃分方法的研究現(xiàn)狀 21模塊劃分流程 22系統(tǒng)功能分解模型 23模塊劃分算法研究 24V子功能之間相關(guān)性分析 25建立子相關(guān)矩陣 26模塊劃分的截矩陣 26無心外圓砂帶磨床的模塊劃分 27無心外圓砂帶磨床功能分解 27無心外圓砂帶磨床功能模塊劃分 28功能模塊與結(jié)構(gòu)模塊之間的映射 30砂帶磨床模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究 31基于通用CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法 31砂帶磨床模塊采用的參數(shù)設(shè)計(jì)方法 32創(chuàng)建零件三維參數(shù)化模型模板的關(guān)鍵 33本章小結(jié) 37基于UG的無心外圓砂帶磨床模塊庫的建立 39UG及其二次開發(fā)技術(shù) 39UG軟件應(yīng)用特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀 39UG二次開發(fā)工具 41基于UG的三維參數(shù)化模塊庫的建立方法 45基于UG的無心外圓砂帶磨床模塊庫的總體方案設(shè)計(jì) 47基于UG的三維參數(shù)化模塊庫的創(chuàng)建目標(biāo) 47砂帶磨床模塊庫的建庫方法 48基于UG的三維模塊庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程 49基于UG的無心外圓砂帶磨床基本模塊庫的建立 50注冊工程路徑 52工程目錄結(jié)構(gòu) 52創(chuàng)建模板零件庫 52編寫菜單文件與設(shè)計(jì)用戶界面對話框 55應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 58基于UG的三維砂帶磨床模塊庫的運(yùn)行實(shí)例 62本章小結(jié) 65基于模塊庫的無心外圓砂帶磨床配置設(shè)計(jì)實(shí)例 67裝配設(shè)計(jì)方法 67裝配設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵技術(shù) 67無心外圓砂帶磨床模塊化配置設(shè)計(jì) 69本章小結(jié) 72VI結(jié)論與展望 73研究成果 73研究展望 74參考文獻(xiàn) 77VII1緒 論課題的背景砂帶磨削技術(shù)作為一門新興的機(jī)械加工技術(shù)，因其加工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、使用成本低等特點(diǎn)，廣受現(xiàn)代制造業(yè)的青睞。砂帶磨床作為砂帶磨削技術(shù)的重要[1]帶磨床產(chǎn)品的需求也逐漸向多品種、小批量方向發(fā)展，而且要求具備性能齊全、性價(jià)比高、高效率等特點(diǎn)。然而，國內(nèi)砂帶磨床設(shè)計(jì)發(fā)展較緩慢，仍然是采用傳統(tǒng)的、通用的設(shè)計(jì)方法，無法滿足市場在這些方面越來越高的要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法沒有考慮某一功能單元的部件在一個(gè)系列砂帶磨床產(chǎn)品中的應(yīng)用，所用部件的互換性差，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)很難積累和傳遞，單件設(shè)計(jì)與單件生產(chǎn)，零部件的通用性和可移植性差；勞動重復(fù)量大，設(shè)計(jì)周期長，生產(chǎn)成本高等，不能及時(shí)快速地滿足用戶對磨床產(chǎn)品精度、性能、壽命及品種多樣化提出的更高要求。造成這些問題的主要原因有管理上的問題，也有技術(shù)設(shè)計(jì)上的問題。在技術(shù)設(shè)計(jì)上主要有以下幾個(gè)原因：①傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只是根據(jù)砂帶磨床的主參數(shù)及性能要求來進(jìn)行整機(jī)及各模塊的設(shè)計(jì)，沒有考慮某一功能單元的模塊在跨系列砂帶磨床中的使用，因此模塊的通用性差，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思想，經(jīng)驗(yàn)難以積累和傳遞；品模塊通用性差，不利于模塊的重復(fù)利用和合理調(diào)配組裝；③傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只注重砂帶磨床的功能設(shè)計(jì)，即能滿足用戶的使用要求即可，對于人機(jī)界面和外觀造型考慮的很少。整機(jī)與國外磨床相比，有時(shí)性能并不比國外磨床差，但外觀不好，這也是國產(chǎn)磨床滯銷的一個(gè)原因[2]。面對砂帶磨床向多品種、小批量、制造周期短的方向發(fā)展，在激烈的市場競爭中，如何縮短產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，并且具備根據(jù)客戶需[3]20了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的特點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)也是一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，是以功能分析為基礎(chǔ)，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊，然后通過模塊的選擇、組合構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足客戶不同需求的一種設(shè)計(jì)方法[4]。目前國內(nèi)的重慶三磨海達(dá)磨床有限公司、杭州祥生砂光機(jī)制造有限公司和北京第二機(jī)床廠在各種型號的砂帶磨床研制和市場推廣上做的比較成功。為了提高1砂帶磨床的設(shè)計(jì)效率，更好的滿足市場的需要，因此產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方法，這一新的設(shè)計(jì)方法和理論已逐步成為企業(yè)用來解決產(chǎn)品品種、規(guī)格多樣化與設(shè)計(jì)制造周期、成本之間矛盾的有效手段之一。磨床模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀國外磨床模塊化設(shè)計(jì)的研究隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，模塊化已成為工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要發(fā)展趨勢之一。模塊化作為標(biāo)準(zhǔn)化的新形式，模塊化成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化的主要途徑，及R.應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)的思想，發(fā)明了一種模塊化旋轉(zhuǎn)磨床，實(shí)現(xiàn)了磨床的模塊化配置組裝，當(dāng)某一模塊部件陳舊或損壞了，只需更換相應(yīng)的模塊部件即可[5]。Khanyaev，A.等人發(fā)明了S12根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的概念，研制了基于模塊化的高效率、高精度的數(shù)控磨床，該系列數(shù)控磨床可以根據(jù)用戶的詳細(xì)功能要求，將主要磨床2倍左右[7]。國內(nèi)磨床模塊化設(shè)計(jì)的研究北京第二機(jī)床廠的陳耀昌以半自動高效外圓磨床為工程實(shí)例，具體論述了橫系列、縱系列和區(qū)間跨系列模塊化設(shè)計(jì)的方法與步驟，以及模塊系列體制的建立4種典型外圓磨床產(chǎn)品，并根據(jù)用戶的功能需求研制了兩種變型產(chǎn)品。通過模塊化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用促進(jìn)了外圓磨床新技術(shù)的發(fā)展，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成本，并使外圓磨床性能穩(wěn)定可靠，達(dá)到了提高產(chǎn)品綜合效益的目的[8]。上海理工大學(xué)的張金蓮和上海機(jī)床廠的汪雪英對M1432B外圓磨床系列進(jìn)行了模塊劃分，并對模塊的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)完成了模塊標(biāo)準(zhǔn)化安裝接口的設(shè)計(jì)，并整理形成模塊系列庫，利用PDM對模塊庫實(shí)施管理。并基于該模塊庫，采用模塊化設(shè)計(jì)方法成功配置出了多個(gè)相似品種，提高了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力和效率[9]。杭州機(jī)床廠的陳向東、徐慧芳等通過對龍門式平面磨床的研究，經(jīng)過多年的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐，成功地實(shí)現(xiàn)了大型數(shù)控龍門式平面磨床的模塊系列設(shè)計(jì)、模塊庫開發(fā)、產(chǎn)品配置與生產(chǎn)，形成了大型數(shù)控龍門式平面磨床系列產(chǎn)品[10]。天津大學(xué)的齊爾麥建立了快速設(shè)計(jì)技術(shù)體系，該體系的研究以模塊化設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，將智能化設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等多項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合起來。在體系中運(yùn)用了柔性模塊和虛擬模塊的概念，提出了機(jī)械產(chǎn)品廣義模塊化設(shè)計(jì)方法與2步驟，該方法適用于普遍機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)[11]。合肥工業(yè)大學(xué)的李艷論述了機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，并且闡述了現(xiàn)有模塊化產(chǎn)品評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的不足，將系統(tǒng)工程和面向過程的技術(shù)等理論引入到模塊化評價(jià)系統(tǒng)中。并對軸承套圈磨床的現(xiàn)狀進(jìn)行了初步研究，在對國內(nèi)外軸承套圈磨床模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究了模塊化軸承套圈磨床的配置設(shè)計(jì)方法與步驟，重點(diǎn)討論了軸承套圈磨床的模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型以及在此基礎(chǔ)上的產(chǎn)品配置[12]。重慶大學(xué)的司莉納將模塊化設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到砂帶磨床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，對砂帶磨床的模塊化設(shè)計(jì)方法與步驟做了初步的研究，研究了模塊化設(shè)計(jì)運(yùn)用的運(yùn)算模型，完成了無心外圓砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)的配置結(jié)構(gòu)模型[13]。綜合國內(nèi)外磨床模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出：國外學(xué)者主要是運(yùn)用模塊化的方法，設(shè)計(jì)出便于互換、維修的磨床產(chǎn)品；而國內(nèi)學(xué)者則主要是將模塊化的方法用于對已有的成熟的磨床產(chǎn)品進(jìn)行模塊化劃分，從而實(shí)現(xiàn)基于已有磨床產(chǎn)品進(jìn)行模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與改造。然而，當(dāng)前對砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)的研究還很少，缺乏砂帶磨床模塊化體系形成與創(chuàng)建方面的分析與研究，很少從產(chǎn)品整個(gè)配置的角度，提出砂帶磨床模塊化產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)框架，也沒有關(guān)于砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)與參數(shù)化設(shè)計(jì)方面的模塊庫系統(tǒng)等。課題來源及本文主要研究內(nèi)容課題來源本課題來源于重慶大學(xué)，重慶三磨海達(dá)磨床有限公司，重慶市材料表面精密加工及成套裝備工程技術(shù)研究中心共同申請的重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“核反應(yīng)高壓容器高效磨削加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制及產(chǎn)業(yè)化”(CSTC2007AB3004)。課題意義將模塊化設(shè)計(jì)的方法與理論運(yùn)用到砂帶磨床產(chǎn)品的實(shí)際設(shè)計(jì)中，并取得良好的效益是本課題的意義所在。通過對模塊化設(shè)計(jì)中的一些基礎(chǔ)理論和模塊劃分方法的研究，并以無心外圓砂帶磨床為例進(jìn)行了砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)具體分析；通過對參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、UG二次開發(fā)技術(shù)以及基于UG的三維參數(shù)化模塊庫的建立方法等進(jìn)行了深入研究與分析，論述了無心外圓砂帶磨床模塊的建庫方法，提出了基于UG的三維參數(shù)化模塊庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程，并綜合運(yùn)用UG參數(shù)化建模技術(shù)、UG/PartFamilies工具以及UG/OpenMenuScript、UG/OpenUIStyler和UG/OpenAPI等UG二次開發(fā)技術(shù)對UG進(jìn)行二次開發(fā)，研制并建立了砂帶磨床三維參數(shù)化模塊庫。研制開發(fā)的三維參數(shù)化模塊庫具有良好的人機(jī)交互界面，操作方法簡便，能在建模環(huán)境中指定位置快速生成相應(yīng)的模塊，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、縮短了產(chǎn)3品開發(fā)周期，并將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的模塊重復(fù)建模工作中解放出來，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率。主要研究內(nèi)容1化設(shè)計(jì)的發(fā)展與研究概況。2章，論文闡述了模塊化設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和運(yùn)用的基本原理與方法，對模塊化關(guān)鍵技術(shù)及評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，分析總結(jié)了模塊化設(shè)計(jì)的一般流程和模塊化設(shè)計(jì)的三種模式。3CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的分析，研究了砂帶磨床模塊詳細(xì)參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法及模塊三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，最后以砂帶磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的磨頭主軸為例進(jìn)行了介紹。4UGUG的三維參數(shù)化模塊庫的建立UGUG/PartFamiliesUG/OpenMenuScript、UG/OpenUIStylerUG/OpenAPIUGUG5現(xiàn)了基于砂帶磨床模塊庫的無心外圓砂帶磨床各功能模塊和整床的配置設(shè)計(jì)。第6章，總結(jié)全文與進(jìn)一步研究展望。本章小結(jié)內(nèi)外關(guān)于磨床模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀；說明了砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)研究的意義和本文主要的研究內(nèi)容。42模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究模塊化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)模塊與模塊化①模塊模塊(Module)經(jīng)設(shè)計(jì)組合，具有某種特定功能及結(jié)構(gòu)的單元，它能夠與其他組件（或模塊）通過標(biāo)準(zhǔn)接口構(gòu)成更大的組合、模塊或系統(tǒng)?！蹦K通過“搭積木”方式即可組成系列標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，也可以配置組成在性能、結(jié)構(gòu)上有較大差別，能滿足不同用戶多樣化要求的非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。例如，機(jī)床卡具、聯(lián)軸器等可稱為模塊但不如稱為標(biāo)準(zhǔn)件好。在模塊化設(shè)計(jì)中，也用到大量的標(biāo)準(zhǔn)件，但模塊多指標(biāo)準(zhǔn)件之外、仍需被設(shè)計(jì)而又可以用于不同的組合、從而形成具有不同功能的設(shè)備的單元。一般地說，模塊應(yīng)具有以下特征。相對的獨(dú)立性，可以進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)和組織生產(chǎn)。單元。具有標(biāo)準(zhǔn)的接口結(jié)構(gòu)，通過簡單而可靠的連接形式實(shí)現(xiàn)模塊之間的組合。②模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化為了解決多品種、小批量的復(fù)雜化機(jī)械產(chǎn)品組織高效率的社會化生產(chǎn)等問題，行業(yè)普遍運(yùn)用了“標(biāo)準(zhǔn)化”的思想與方法。即通過反復(fù)論證及優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇一定的功能、結(jié)構(gòu)單元組成標(biāo)準(zhǔn)件，并利用標(biāo)準(zhǔn)件來配置成多樣化的產(chǎn)品。簡化后的功能或結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件具有普遍的通用性和互換性，便于高效率的社會化大生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，從而緩解了市場對產(chǎn)品個(gè)性、多樣化追求與產(chǎn)品高效率研制之間的矛盾。而且由標(biāo)準(zhǔn)化單元配置形成的產(chǎn)品具備可靠性、可維修性高，升級換代容易等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)化的形式和方法是人們一直研究和討論的問題，但至今尚未形成一個(gè)最具權(quán)威的、一致的觀點(diǎn)。通常認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)化的形式和方法主要表現(xiàn)為四個(gè)形式：簡化和統(tǒng)一化、通用化和組合化、系列化、模塊化。模塊化是在通用化、系列化、組合化等標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上引入系統(tǒng)工程原理而發(fā)展起來的一種標(biāo)準(zhǔn)化的高級形式。模塊化的概念可定義為：從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，采用分解和組合的方法，建立產(chǎn)品模塊體系和運(yùn)用各功能模塊組成新產(chǎn)品的全過程。模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的一種高級形式，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)典型化、特征尺寸模數(shù)化、模塊通用化、參數(shù)系列化、組裝積木化。模塊化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是系統(tǒng)工5程的分解與組合原理，是組合化發(fā)展的高級階段。模塊化產(chǎn)品可以定義為：“以各功能模塊為主，加上部分專用模塊配置而成的新產(chǎn)品。”所謂系統(tǒng)，就是由相互作用和相互依賴的若干個(gè)組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。任何系統(tǒng)都可以看成是由若干子功能單元構(gòu)成的總系統(tǒng)。由于某些子功能單元具備良好的互換性和通用性，通常可以將這些子功能單元從總系統(tǒng)中分解出來，經(jīng)過優(yōu)化使之成為標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度高的單元來進(jìn)行單獨(dú)生產(chǎn)，這樣的過程被稱為總系統(tǒng)的分解；相反，為了達(dá)到一定的使用需求，按功能要求將事先設(shè)計(jì)生產(chǎn)好的標(biāo)準(zhǔn)單元、通用單元，再附以個(gè)別專用功能的單元，配置組合成具備某一特定功能的新產(chǎn)品，這樣的過程稱為總系統(tǒng)的組合。上面所說的各功能單元既稱之為模塊。因此，模塊與系統(tǒng)一樣是一個(gè)相對的概念。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，可以按功能和層次體系劃分為分系統(tǒng)、設(shè)備、整件、部件等模塊，這些組成模塊中的任何一個(gè)模塊都是由下一層的模塊組合而成。模塊化就是針對某一具體的產(chǎn)品，根據(jù)系統(tǒng)工程原理的要求和預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)，將該產(chǎn)品總功能按功能和層次體系劃分為若干子功能模塊，再由子功能模塊按用戶性能需求以不同的方式剪裁，配置滿足不同使用要求的產(chǎn)品總系統(tǒng)。由此可見，模塊化高度綜合了通用化、系列化、組合化等標(biāo)準(zhǔn)形式，是標(biāo)準(zhǔn)化的高級階段。模塊化設(shè)計(jì)及其優(yōu)越性模塊化設(shè)計(jì)，就是在標(biāo)準(zhǔn)化理論的基礎(chǔ)上運(yùn)用系統(tǒng)工程的原理，將一復(fù)雜的工程產(chǎn)品分解成層次合理的簡化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化單元模塊，并用這些標(biāo)準(zhǔn)化模塊組合成各種不同產(chǎn)品的過程。模塊化設(shè)計(jì)通常是以產(chǎn)品的功能分析為基礎(chǔ)，通過對功能、用途不同的各模塊配置，實(shí)現(xiàn)基型產(chǎn)品和變型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，主要包括產(chǎn)品模塊劃分與模塊配置組合兩個(gè)過程，產(chǎn)品模塊劃分是功能模塊劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程，模塊配置組合則是根據(jù)客戶具體的功能要求，通過對模塊不同的配置組合形成新產(chǎn)品。按照模塊化設(shè)計(jì)方法，產(chǎn)品的構(gòu)成層次和設(shè)計(jì)方法發(fā)生根本變化，具備一定性能的功能模塊成了設(shè)計(jì)制造單元，而且模塊化設(shè)計(jì)要研制通用化程度高的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫、專用模塊庫與相似零部件庫。標(biāo)準(zhǔn)模塊庫的模塊應(yīng)具備產(chǎn)品一切不變的主參數(shù)特征，專用模塊庫的模塊則能夠?qū)崿F(xiàn)某種獨(dú)立的功能。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，首先查找標(biāo)準(zhǔn)模塊庫和專用模塊庫，對不能直接使用的可在原有模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模塊化制造暨社會化大生產(chǎn)的前提，也是充分發(fā)揮產(chǎn)品模塊化方法優(yōu)勢的保證。采用模塊化設(shè)計(jì)方法有多方面的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)如下：①模塊化設(shè)計(jì)有效提高了產(chǎn)品的市場競爭能力。當(dāng)今市場競爭越來越激烈，6要求產(chǎn)品具備花樣多變、性能各異等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上也向高度的靈活方向發(fā)展。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方法特別適合品種多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、批量小產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。②模塊化設(shè)計(jì)利于新技術(shù)的研究與開發(fā)。模塊化設(shè)計(jì)在很大程度簡化了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，避免了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中許多的重復(fù)工作，便于產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)，易于形成新產(chǎn)品。這對產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短，產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可維修性和綜合保障能力，減少產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)的經(jīng)費(fèi)投入具有很大意義。準(zhǔn)單件的復(fù)雜產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)和工藝相同模塊的批量生產(chǎn)，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程簡化，便于產(chǎn)品生產(chǎn)自動化和工藝標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)，縮短了研制周期，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品成本。結(jié)構(gòu)多變、生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致質(zhì)量可靠性不高。采用模塊化設(shè)計(jì)方法利于經(jīng)驗(yàn)積累，模塊的大批量生產(chǎn)有利于提高模塊的加工精度，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。等特點(diǎn)，利于對易損模塊集中的分析與設(shè)計(jì)，有利于產(chǎn)品的維修及更新?lián)Q代。試等特點(diǎn)，從而在很大程度上避免了可能的返工及工程之間干擾的現(xiàn)象。⑦模塊化設(shè)計(jì)便于組織產(chǎn)品的分布式生產(chǎn)和分布式控制，利于產(chǎn)品異地設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)度的實(shí)現(xiàn)。模塊化系統(tǒng)的分類模塊化系統(tǒng)劃分，依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分方法也不同，比如，按產(chǎn)品模塊使用情況分類，可分為純模塊化系統(tǒng)和混合系統(tǒng)；按模塊組合可能性分類，可分為閉5種類型?；颈３植蛔?，對應(yīng)模塊稱為基本模塊，例如無心外圓砂帶磨床中的張緊輪等。如，一些用于連接的壓塊、連接件等。能，對應(yīng)模塊稱為特殊模塊。④適應(yīng)功能是用于功能系統(tǒng)之間或邊界條件相適應(yīng)所需的可臨時(shí)改變的功能，對應(yīng)模塊稱為適應(yīng)模塊。此類模塊的尺寸可基本確定，只是因?yàn)橐恍┪茨茴A(yù)知的因素，某些尺寸須根據(jù)具體情況予以更改，以達(dá)到預(yù)定要求。例如，墊塊即7可構(gòu)成這種性質(zhì)的模塊，其厚度尺寸根據(jù)具體要求是可變的。因其不確定性和極少重復(fù)使用，由非模塊化單元實(shí)現(xiàn)。其中①功能的模塊屬于標(biāo)準(zhǔn)模塊庫，也既可標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的非標(biāo)常用件，此類模塊占據(jù)了產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的70%～80%。此類模塊是本論文研究的重點(diǎn)，論文將在分析無心外圓砂帶磨床模塊劃分的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究此類模塊的參數(shù)化建模和模塊庫的建立；②～④功能的模塊屬于相似零件庫，⑤功能的模塊屬于專用模塊庫。模塊化設(shè)計(jì)研究運(yùn)用的基本原理和方法①運(yùn)用的基本原理在進(jìn)行模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)時(shí)，遵循了以下基本原理：相似性原理、分解與結(jié)合原理、相對獨(dú)立性原理、層次壓縮原理以及模塊優(yōu)化原理[14]。相似性原理相似性的四種基本形式有幾何相似性、結(jié)構(gòu)相似性、功能相似性和過程相似性。通過梳理與歸納，對產(chǎn)品模塊幾何形狀之間、模塊結(jié)構(gòu)之間、模塊或產(chǎn)品功能劃分之間以及模塊處理過程之間的相似性進(jìn)行分析與整理，形成通用化、標(biāo)準(zhǔn)化零部件模塊、系列化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)范化的模塊處理過程，這樣利于減少產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部的多樣化和復(fù)雜性。分解與結(jié)合原理模塊化設(shè)計(jì)本質(zhì)上就是以系列產(chǎn)品模塊體系為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)分解與組合理論進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種新的方法。根據(jù)系統(tǒng)工程原理，產(chǎn)品總系統(tǒng)可以劃分為若干個(gè)子功能系統(tǒng)，子功能系統(tǒng)又可以進(jìn)一步劃分為若干具備某特定功能的單元，這些單元又可以劃分為一些基本的組成要素等。功能子系統(tǒng)、獨(dú)立子功能單元和部件基本構(gòu)成要素組成了產(chǎn)品不同層次的模塊，而產(chǎn)品則是由具備不同工作原理或功能不同的模塊配置而成的。相對獨(dú)立性原理進(jìn)行模塊研制時(shí)模塊必須具備一下幾方面的特點(diǎn)，首先模塊應(yīng)該具有一定的“黑箱”個(gè)模塊要與某個(gè)模塊連接而在結(jié)構(gòu)上必須作為它的附屬裝置才能完成自己的特殊功能，即保證每個(gè)模塊的相對獨(dú)立性；最后還必須具有良好的通用性和互換性，通過更換模塊組合成多種變型產(chǎn)品；而且要便于單獨(dú)組織生產(chǎn)、便于售后服務(wù)和升級更新等。層次壓縮原理產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次描述，樹狀結(jié)構(gòu)的層次多少間接反映8了產(chǎn)品的復(fù)雜程度和制造難度。通常產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次越多產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)周期就越長，合理壓縮產(chǎn)品的層次簡化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，不僅可以縮短產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)周期，而且還能簡化產(chǎn)品研制過程。產(chǎn)品層次壓縮的主要方法是提高模塊的“功能集成度”和外購現(xiàn)成的部件模塊。模塊優(yōu)化原理研制產(chǎn)品模塊化體系時(shí)需要對模塊進(jìn)行分離和優(yōu)化。優(yōu)化的目標(biāo)：盡量使模塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)、信息和功能等的關(guān)聯(lián)度達(dá)到最大；盡量使模塊間的結(jié)構(gòu)、信息和功能等的關(guān)聯(lián)度最小。模塊優(yōu)化后應(yīng)具備較高的功能集成度和利于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)的簡化。②運(yùn)用的主要方法論研究模塊化設(shè)計(jì)方法需要結(jié)合一些其它的設(shè)計(jì)方法，主要采用方法和手段介紹有[15]：系統(tǒng)工程法正確運(yùn)用系統(tǒng)論的原理研制模塊化體系系統(tǒng)是開展模塊化設(shè)計(jì)并取得良好設(shè)計(jì)效果的基礎(chǔ)。系統(tǒng)工程法內(nèi)容很多，在模塊化設(shè)計(jì)研究中主要運(yùn)用其中整體分析法和系統(tǒng)分析法。整體分析法是指從全局出發(fā)綜合考慮各要素的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及功能的方法。在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)研究時(shí)通才對產(chǎn)品市場調(diào)查準(zhǔn)確掌握用戶對產(chǎn)品的總體需求情況，接著是對產(chǎn)品作模塊化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備和制定計(jì)劃，最后分析明確模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域，即建立詳細(xì)的模塊化設(shè)計(jì)總體方案、宏觀控制和調(diào)控。系統(tǒng)分析法是用來解決大型復(fù)雜系統(tǒng)的一種綜合分析方法，主要是對系對子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，然后將子系統(tǒng)重新組合成優(yōu)化的大系統(tǒng)。任何一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)都可以通過分解，將之簡單化。在模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過對產(chǎn)品功能的分析，得出總功能下的各個(gè)子功能，然后對子功能進(jìn)行相關(guān)度分析，進(jìn)而確定了模塊，再選擇合適的模塊重新組合成新的產(chǎn)品[16]。標(biāo)準(zhǔn)化方法標(biāo)準(zhǔn)化是模塊化設(shè)計(jì)的前期步驟和必要條件，是降低產(chǎn)品內(nèi)部多樣化成本的方法。主要從零件、材料、特征和工藝四個(gè)方面進(jìn)行產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。類型學(xué)設(shè)計(jì)方法類型學(xué)為我們提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新思維和新觸角，它的設(shè)計(jì)本質(zhì)是簡化抽象與還原，表現(xiàn)出的設(shè)計(jì)過程為類型選擇—類型簡化—類型轉(zhuǎn)化與組合，最終產(chǎn)生多樣化的新類型。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)可以是一種基于類型學(xué)原理的通過標(biāo)準(zhǔn)的模塊來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。(QFD法)9QFDQuality(質(zhì)量)、Function()Development(發(fā)展)。QFD方法是建立在產(chǎn)品和服務(wù)應(yīng)該按照顧客要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的觀念基礎(chǔ)之上，所以顧客是整個(gè)過程中最重要的環(huán)節(jié)，它是一種將客戶需求轉(zhuǎn)化為詳細(xì)設(shè)計(jì)說明的有效方法，它的核心是繪制客戶需求關(guān)系圖表，將客戶對需求的定性描述轉(zhuǎn)化為供設(shè)計(jì)人員使用的定量數(shù)據(jù)，以保證資源的合理運(yùn)用。層次分析法在產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)評價(jià)和客戶需求優(yōu)先排序中，主要運(yùn)用的方法是層次分析法，通過評價(jià)指標(biāo)兩兩比較，將復(fù)雜無序的定性問題進(jìn)行量化處理。黑箱法黑箱法是暫時(shí)忽略內(nèi)部因素，著眼于系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來分析系統(tǒng)總功“黑箱”慮它的內(nèi)部構(gòu)成，只需了解模塊與模塊間的接口關(guān)系。相對應(yīng)的是模塊設(shè)計(jì)者把模塊當(dāng)作“白箱”模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵及模塊化程度評價(jià)模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵①模塊標(biāo)準(zhǔn)化和通用化模塊標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是指模塊結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。模塊化設(shè)計(jì)所依賴的是模塊的組合，即連接或嚙合，又稱為接口。顯然，為保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應(yīng)具有可組合性和互換性兩個(gè)特征，而這兩個(gè)特征主要體現(xiàn)在接口上，必須提高其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化的程度。比如，為保證模塊的有效組合，具有相同功能、不同性能的單元要具備相同的安裝尺寸和相同的安裝界面才能實(shí)現(xiàn)。②模塊的劃分模塊化設(shè)計(jì)的原則是力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、且模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能簡單。因此，如何科學(xué)地、有節(jié)制地劃分模塊，是模塊化設(shè)計(jì)很具有藝術(shù)性的一項(xiàng)工作，既要照顧制造管理方便，具有較大的靈活性，避免組合時(shí)產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來的擴(kuò)展和向?qū)Ｓ?、變型產(chǎn)品的輻射。劃分的好壞直接影響到模塊系列設(shè)計(jì)的成功與否。總的說來，劃分前必須對系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的、系統(tǒng)的功能分析和結(jié)構(gòu)分析，并要注意以下各點(diǎn)：模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性；保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面有一定的獨(dú)立性和完整性；10模塊間的接合要素要便于連接與分離；模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。模塊化程度評價(jià)①現(xiàn)有模塊化產(chǎn)品評價(jià)方法中存在的問題產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評價(jià)是設(shè)計(jì)過程中必不可少的一個(gè)步驟，通過設(shè)計(jì)方案的評價(jià)可以從眾多的可行性方案中選擇最優(yōu)的方案加以實(shí)施，也可以對現(xiàn)有的方案加以評價(jià)提出對現(xiàn)有方案的改進(jìn)意見。而對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)應(yīng)該是有針對性的，基于不同的目的和不同的評價(jià)原則，對同一產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)結(jié)果可能是截然不同的。例如：從使用的角度來看，一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案可能很好；但從制造的角度來看，該設(shè)計(jì)方案的可制造性可能很差，這是由于評價(jià)者所處的位置不同而造成的。很多學(xué)者針對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評價(jià)開展了研究工作，如文獻(xiàn)[17]闡述了可制造性[18]在裝配與拆卸序列的自動生成與評價(jià)方法研究中提出了采用層次與關(guān)系相結(jié)合的裝配模型，研究了利用割集法自動求解裝配與拆卸的并行序列問題；文獻(xiàn)[19]提出了面向?qū)ο竽Ｐ土炕u價(jià)方法，在虛擬制造系統(tǒng)面向?qū)ο竽Ｐ驮O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，引入了一種面向?qū)ο竽Ｐ土炕u價(jià)方法，以便更科學(xué)地評估虛擬制造系統(tǒng)面向?qū)ο竽Ｐ偷膹?fù)雜度。也有人研究如何把評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。文獻(xiàn)[20]提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一種理性化的多屬性多人評價(jià)方法，討論了多個(gè)屬性評價(jià)結(jié)果的聚合，以及對多個(gè)評價(jià)者評價(jià)結(jié)果進(jìn)行聚合的理性化準(zhǔn)則，分析了準(zhǔn)線性權(quán)重聚合函數(shù)對這些準(zhǔn)則的符合性，提出了基于準(zhǔn)線性權(quán)重聚合函數(shù)的多屬性多人評價(jià)方法。目前許多評價(jià)方法雖然分別從不同的角度對一定類型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)，但很少涉及到產(chǎn)品模塊化程度評價(jià)的方法。模塊化程度是評價(jià)模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它決定了產(chǎn)品在多大程度上可以享有模塊化所帶來的優(yōu)越性。在有限的模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的評價(jià)方法中，文獻(xiàn)[21]所提出的加工中心類機(jī)床設(shè)計(jì)方案綜合評價(jià)方法相對比較系統(tǒng)和完整。該方法根據(jù)模塊化的原則，利用模糊綜合評價(jià)方法，并與層次分析法相結(jié)合，對加工中心類機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)。這種方法在總體上來說屬于一種綜合評價(jià)方法，只是在評價(jià)過程中適當(dāng)?shù)乜紤]了模塊化的原則。(ModulaizationDegreeAppraise)方法。該方法根據(jù)模塊化的原則劃定模塊化評價(jià)的全面指標(biāo)專門對模塊化程度進(jìn)行綜合評價(jià)，根據(jù)評價(jià)指標(biāo)從模塊化的角度給出參考意見。而此模塊化程度評價(jià)的結(jié)果又作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的若干評價(jià)指標(biāo)的一部分。11②模塊化程度評價(jià)指標(biāo)（尤其是機(jī)床等大型機(jī)械產(chǎn)品各個(gè)產(chǎn)品模塊生產(chǎn)企業(yè)只需負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)產(chǎn)品的某個(gè)模塊即可，各個(gè)企業(yè)都將本企業(yè)有限的精力專注于某個(gè)產(chǎn)品模塊的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)上，這樣有利于各個(gè)模塊生產(chǎn)企業(yè)建立起自己的核心優(yōu)勢，使自己在某一方面做深、做精、做大，從而生產(chǎn)出低成本、高質(zhì)量的產(chǎn)品。采用模塊化原理還可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加清晰，不僅容易設(shè)計(jì)而且也容易閱讀和理解，因?yàn)槟K和模塊之間只通過接口發(fā)生聯(lián)系，一旦出現(xiàn)問題，只要對某一模塊或某個(gè)模塊的接口進(jìn)行重新設(shè)計(jì)即可，這樣使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易測試和修改，并且有助于產(chǎn)品模塊系統(tǒng)的管理。而評價(jià)產(chǎn)品的模塊化程度是模塊化設(shè)計(jì)中必不可少的一項(xiàng)工作。因?yàn)楫a(chǎn)品模塊化程度的高低決定了該產(chǎn)品享有模塊化產(chǎn)品優(yōu)越性的程度。要評價(jià)產(chǎn)品的模塊化程度，首先必須分析產(chǎn)品的模塊化程度體現(xiàn)在哪些方面。本文提出在設(shè)計(jì)信息不十分完備的情況下，從模塊化設(shè)計(jì)的角度并結(jié)合軟件工程基礎(chǔ)的相關(guān)知識對模塊化產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)，即為了評定一個(gè)模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品的模塊化程度，應(yīng)測量它的各種特征，即通過測量模塊的封裝性、設(shè)計(jì)成本粗評價(jià)、模塊可重用性、模塊可擴(kuò)展性和模塊功能覆蓋度等各項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)產(chǎn)品模塊化程度。在評價(jià)產(chǎn)品模塊化程度高低時(shí)，應(yīng)圍繞上述所有指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，后續(xù)部分將會作較為詳細(xì)的描述。(Encapsulation)當(dāng)我們對產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該遵循信息隱蔽原理，即模塊內(nèi)部的信息對于不需要這些信息的模塊來說是不可見的，也是不可訪問的。意味著有效的模塊化中產(chǎn)品的各個(gè)模塊之間僅僅通過模塊之間的接口組合成產(chǎn)品，而模塊內(nèi)部的信息彼此都是不可見的。將模塊功能封裝可以使得產(chǎn)品在安裝和維護(hù)時(shí)變得容易。因?yàn)槟K的絕大部分信息對于模塊的其它部分而言是不可見的，一個(gè)模塊內(nèi)部如果存在設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，那么這些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤也很少會影響到其它模塊。信息隱蔽程度也就是指模塊的封裝程度，模塊的信息隱蔽程度越高，即模塊的封裝程度越高，則產(chǎn)品模塊化程度就越高。這應(yīng)該作為模塊評價(jià)的一個(gè)指標(biāo)，它對于是否能有效地實(shí)現(xiàn)模塊化具有很重要的意義。模塊化設(shè)計(jì)成本的粗評價(jià)(Cost)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)這并不意味著分解的模塊越多越好。分解的模塊越小，完成該模塊的成本就越低，但是卻增加了模塊集成的難度。這是因?yàn)槟K越多，設(shè)計(jì)模塊之間的接口就越多，要考慮的光、電、磁等方面因素就越多，這將使設(shè)計(jì)變2.1大致描述了模塊數(shù)與開12發(fā)成本之間的關(guān)系。模塊數(shù)目應(yīng)該取何值才能使產(chǎn)品的開發(fā)成本達(dá)到最小，要根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的復(fù)雜程度具體分析而定。圖2.1模塊數(shù)目和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的關(guān)系Fig.2.1Thelevelmoduledivisionandcostorworkload模塊化設(shè)計(jì)成本的粗評價(jià)包括外部品種多樣性和內(nèi)部加工復(fù)雜度的評價(jià)。外部品種多樣性是指裝配產(chǎn)品時(shí)，希望可以相互連接的不同模塊越多越好，這樣可以組成不同功能用途的新產(chǎn)品。但由此帶來的問題是增加了模塊之間的接口數(shù)目和接口復(fù)雜程度，所以一方面希望模塊數(shù)量多、模塊小，另一方面希望接口簡單、成本低。模塊可重用性(Reusability)可重用性也稱為模塊可復(fù)用性，指同一個(gè)模塊同時(shí)有不同的用途，只要接口一致則可以作為不同產(chǎn)品的模塊使用。例如機(jī)床的尾座模塊只要能夠?qū)崿F(xiàn)其裝夾作用，其就可以安裝在模塊接口標(biāo)準(zhǔn)一致的不同機(jī)床上，因此產(chǎn)品模塊之間的接口應(yīng)該盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)真正實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)時(shí)，在新產(chǎn)品開發(fā)中，一部分工作是使用可重用模塊，一部分工作是對已有的模塊稍作修改，而另一部分工作是全新設(shè)計(jì)。所以評價(jià)模塊的可重用性對于模塊的整體價(jià)值意義亦很重要。模塊可擴(kuò)展性(Expansibility)模塊的可擴(kuò)展性是指在更換某一個(gè)模塊或?qū)⒛骋粋€(gè)模塊進(jìn)行變型設(shè)計(jì)時(shí)，整體產(chǎn)品的性能對此模塊變化的響應(yīng)。在模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，必須首先考慮模塊的性能和可擴(kuò)展性，這是由于在設(shè)計(jì)的后期無法將可擴(kuò)展性添加到模塊中去。我們希望在對產(chǎn)品某一模塊進(jìn)行修改時(shí)，產(chǎn)品的性能對該模塊變化的反應(yīng)越大，即模塊的可擴(kuò)展性越好，模塊化程度越高。模塊功能覆蓋度(Overlay)13一個(gè)模塊化程度好的產(chǎn)品，其各個(gè)產(chǎn)品模塊應(yīng)該盡量做到功能互不干涉，且不重復(fù)，而且在將模塊組裝成產(chǎn)品模塊系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量保證全部模塊的功能均能實(shí)現(xiàn)。因此可以通過模塊功能覆蓋度這個(gè)評價(jià)指標(biāo)來對產(chǎn)品模塊的功能集成度進(jìn)行評價(jià)。模塊功能覆蓋度越小，說明產(chǎn)品各個(gè)模塊之間的功能相互制約、相互影響就越小，則此時(shí)產(chǎn)品模塊的集成度則最高，模塊化程度就越高。模塊可靠性(Dependability)模塊的安全可靠性是非常重要的，當(dāng)產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)方案提出后，就應(yīng)對模塊進(jìn)行建模、仿真和分析，然后應(yīng)用相關(guān)分析工具諸如Adams,Ansys等，對設(shè)計(jì)出的模塊從熱力學(xué)、動力學(xué)角度對模塊的材料、承載能力、強(qiáng)度和壽命等進(jìn)行綜合，以評定分析模塊的安全可靠性能。如果安全可靠性不能符合要求，必須對模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改或者更換材料，然后重新建模并分析直至模塊符合安全可靠性要求。模塊獨(dú)立性(Independence)獨(dú)立性決定了模塊的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)過程相對獨(dú)立于產(chǎn)品的其它部分。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)總希望達(dá)到這樣一種結(jié)果：每個(gè)模塊完成一個(gè)相對獨(dú)立的子功能，并且模塊與模塊之間的關(guān)系盡可能地簡單。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，遵從模塊獨(dú)立的原理主要原因有以下兩點(diǎn)：有效的模塊化使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)變得更加容易。由于功能的分割而且接口簡化，當(dāng)進(jìn)行合作設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，每個(gè)人只要按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的接口進(jìn)行設(shè)計(jì)即可；獨(dú)立的模塊使得產(chǎn)品更加容易維護(hù)。如果發(fā)現(xiàn)問題僅對某個(gè)模塊或者某個(gè)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)即可。對模塊獨(dú)立性的評價(jià)可從兩個(gè)方面進(jìn)行，即模塊之間的禍合度和模塊的內(nèi)聚度。模塊之間的禍合度表達(dá)了不同模塊之間的相互關(guān)聯(lián)程度，而模塊的內(nèi)聚度則表達(dá)了模塊內(nèi)部各元素之間彼此結(jié)合的緊湊程度。當(dāng)模塊間的禍合度越低而模塊自身的內(nèi)聚度越高時(shí)模塊的獨(dú)立性就越好。耦合性耦合性是用來度量一個(gè)產(chǎn)品中各個(gè)模塊間相互聯(lián)系的程度，它取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜程度。各模塊間的耦合性越低，則產(chǎn)品越容易安裝與維護(hù)，且當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)問題時(shí)候也不至于引起連鎖反應(yīng)。內(nèi)聚性強(qiáng)度的指標(biāo)，我們當(dāng)然總是希望它越高越好。因此我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能地做到高內(nèi)聚低耦合。設(shè)產(chǎn)品P有n個(gè)模塊M1，M2，…，Mn，則評定模塊M1～Mn。這n個(gè)模塊的14獨(dú)立性需評價(jià)模塊之間相關(guān)性和自身緊湊度。其中模塊之間的相關(guān)性又分為：功能相關(guān)度、制造相關(guān)度、裝配相關(guān)度和維護(hù)相關(guān)度等，模塊之間的相互關(guān)聯(lián)越小Mini個(gè)子模塊(或功能元)MiMi(即功能元)，我們規(guī)定其內(nèi)聚度1。模塊可替換性(Replacer)模塊可替換性是評價(jià)模塊化產(chǎn)品的系列化和多樣化以及裝配難易程度的一個(gè)重要指標(biāo)。對模塊的可替換性評價(jià)主要集中在對模塊接口的評價(jià)上，因?yàn)榻涌谥苯佑绊懼b配和更換模塊時(shí)的復(fù)雜度。接口越簡單、通用性越好，則模塊的可替換性就越好。同時(shí)，從整體的角度來看，模塊的數(shù)量也影響著裝配的復(fù)雜程度，模塊的數(shù)量過多勢必導(dǎo)致替換、裝配過程的復(fù)雜程度增加。因此，在評價(jià)可替換性時(shí)還應(yīng)考慮模塊的數(shù)量。綜合評價(jià)分析產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方案的評價(jià)有下面兩種類型：可行性評價(jià)(單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià))評價(jià)解答方案與用戶需求的各項(xiàng)要求的相符程度，即方案是否滿足每一項(xiàng)要求?？尚行栽u價(jià)比較簡單，其目的是從眾多的設(shè)計(jì)方案中排除那些不可行的方案，留下可行的方案，有效地減輕方案綜合指標(biāo)評價(jià)的工作量。綜合指標(biāo)評價(jià)在單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)的基礎(chǔ)上，對指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評價(jià)，評選出一些總體上較為滿意的方案。在很多時(shí)候是不平等的。即對被評價(jià)的模塊化產(chǎn)品而言，綜合評價(jià)的最終得分中各個(gè)指標(biāo)的影響力是不同的。有些指標(biāo)影響大些，有些指標(biāo)影響則比較小。所以在選擇了指標(biāo)后，通常對不同的指標(biāo)賦以不同的權(quán)重，然后再來進(jìn)行綜合。權(quán)重是一個(gè)相對的概念，是針對某一指標(biāo)而言，某一指標(biāo)的權(quán)重是指該指標(biāo)在整體評權(quán)重的作用就是從若干評價(jià)指標(biāo)中分出輕重并確定輕重的程度。一組評價(jià)指標(biāo)體系相對應(yīng)的權(quán)重組成了權(quán)重體系。即權(quán)重體系{ωi=1,2,…n}，且滿足下述兩∑ωi確定指標(biāo)權(quán)重的方法可以利用專家或個(gè)人的知識或經(jīng)驗(yàn)，集中專家的經(jīng)驗(yàn)與意見來確定各指標(biāo)的權(quán)重值，并在不斷的反饋和修改中反復(fù)比較、協(xié)調(diào)，得到比較15滿意的結(jié)果。專家的判斷本身應(yīng)該也是從長期實(shí)際中來的，不是隨意設(shè)想的，要有客觀的基礎(chǔ)。且專家們是處于互相不知道的隔離狀態(tài)，每個(gè)人的信息是他自己的知識這也便于集中智慧經(jīng)驗(yàn)、專長以及調(diào)查機(jī)構(gòu)反饋給他的匯總情況的集中體現(xiàn)，在對產(chǎn)品模塊系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)時(shí)應(yīng)該綜合考慮上述所描述的模塊化程度的所有指標(biāo)，以對產(chǎn)品的模塊化程度進(jìn)行綜合全面地評價(jià)。模塊化設(shè)計(jì)流程模塊化設(shè)計(jì)的一般流程模塊化設(shè)計(jì)的一般流程為：首先進(jìn)行模塊化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行模塊系列設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。模塊化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是，在對用戶需求和現(xiàn)有系統(tǒng)（如果存在）進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，建立產(chǎn)品（系統(tǒng)）的功能模(系統(tǒng))的物理可實(shí)現(xiàn)性，對劃分結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，確定模塊的功能與性能指標(biāo)、模塊間的接口（系統(tǒng)(系統(tǒng))的模塊化組成，在這個(gè)層次上并不需要對各模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，只要確定模塊的功能與性能指標(biāo)及模塊間的接口形式即可。模塊系列設(shè)計(jì)的目的是把系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)所確定下來的模塊化系統(tǒng)具體化，使之成為一個(gè)看得見、摸得著、可實(shí)際應(yīng)用的模塊系列實(shí)體。模塊系列設(shè)計(jì)包括兩個(gè)內(nèi)容：基本模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)，模塊系列設(shè)計(jì)。①基本模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)：按照總體設(shè)計(jì)中確定的功能與性能指標(biāo)及接口參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行試制、測試、完善，得到每個(gè)模塊的可行的設(shè)計(jì)；②模塊系列設(shè)計(jì)：根據(jù)產(chǎn)品的不同系列，設(shè)計(jì)模塊系列，并給出各模塊的相容關(guān)系。這是一個(gè)不斷細(xì)化、不斷擴(kuò)展的動態(tài)過程，因?yàn)殡S著用戶需求的不斷變化，產(chǎn)品系列在不斷擴(kuò)展，模塊系列也要隨之豐富、擴(kuò)充。當(dāng)然，并不是每一種新型號的產(chǎn)品都需要新的模塊，在大多數(shù)情況下，已經(jīng)存在的模塊就可滿足不同用戶的各種需求。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于模塊系列，設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值的工業(yè)產(chǎn)品。它是模塊化設(shè)計(jì)的最后一個(gè)層次，是模塊化系統(tǒng)的應(yīng)用階段。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)是對模塊系列的能動運(yùn)用，同時(shí)也不斷地豐富和發(fā)展著模塊系列，豐富和發(fā)展著模塊化產(chǎn)品系列型譜。通過大量的模塊化產(chǎn)品實(shí)踐，模塊化系統(tǒng)也在進(jìn)行著新陳代謝，一些優(yōu)良的新模塊不斷地補(bǔ)充進(jìn)去，一些設(shè)計(jì)不良的模塊陸續(xù)被替代和淘汰。模塊化設(shè)計(jì)的一般流程可采用圖2.2表示。16合理評價(jià)確定系統(tǒng)模塊化組成功能模塊劃分功能建模與層次性分解原理性設(shè)計(jì)與分析合理評價(jià)確定系統(tǒng)模塊化組成功能模塊劃分功能建模與層次性分解原理性設(shè)計(jì)與分析功能總體設(shè)計(jì)用戶需求分析用戶需求獲取開始開始需要新模塊否產(chǎn)品總體評結(jié)束產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)與配置模塊選擇需要新模塊否產(chǎn)品總體評結(jié)束產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)與配置模塊選擇模塊體系設(shè)計(jì)基本模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)Fig.2.2Processofmodulardesign模塊化設(shè)計(jì)的三種模式根據(jù)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用情況，可以將產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)分為三種基本模式：基于模塊的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)模式、新產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)模式和已有產(chǎn)品模塊化改進(jìn)設(shè)計(jì)模式。結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)一般流程及計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對每種模式下的模塊化設(shè)計(jì)流程進(jìn)行細(xì)化后得到如圖2.3所示的模塊化設(shè)計(jì)總體流程圖。17圖2.3模塊化設(shè)計(jì)總體流程圖Fig.2.3Theflowchartofmodulardesign18①基于模塊的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)基于模塊的產(chǎn)品配置是基于現(xiàn)有的模塊系列，設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值的工業(yè)產(chǎn)品?；谀K的產(chǎn)品配置的過程如下：戶對產(chǎn)品的需求和期望，作為下一步設(shè)計(jì)的依據(jù)；調(diào)用、改型及新增模塊；模塊結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)：對于需要新增的模塊進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模塊分析：利用CAE分析軟件進(jìn)行模塊分析；模塊評價(jià)：對設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行評價(jià)，對不合理的地方進(jìn)行修改；產(chǎn)品模塊裝配：用所選擇的模塊以及新設(shè)計(jì)的模塊組裝成產(chǎn)品；產(chǎn)品分析：利用CAE分析軟件進(jìn)行產(chǎn)品分析；產(chǎn)品評價(jià)：對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)，修正不合理之處。②新產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)新產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)是指利用模塊化的方法設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，新產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的過程如下：戶對產(chǎn)品的需求和期望，作為下一步設(shè)計(jì)的依據(jù)；產(chǎn)品功能總體設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品總體功能；其可行性；產(chǎn)品功能層次性分解：分解與細(xì)化產(chǎn)品總體功能，并建立功能模型；的主要功能和功能模塊間的功能接口；產(chǎn)品幾何布局初步設(shè)計(jì)：確定產(chǎn)品的幾何布局；設(shè)計(jì)；下面的步驟和基于模塊的產(chǎn)品配置從(2)～(8)不再重復(fù)。③已有產(chǎn)品模塊化改進(jìn)設(shè)計(jì)對于己有產(chǎn)品進(jìn)行模塊化進(jìn)設(shè)計(jì)，其實(shí)質(zhì)同新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基本相同，只不過少了用戶需求分析這個(gè)步驟，而直接從產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)進(jìn)行。本章小結(jié)本章分析和論述了模塊化設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和運(yùn)用的基本原理與方法，對模塊化19關(guān)鍵技術(shù)及評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，分析總結(jié)了模塊化設(shè)計(jì)的一般流程和模塊化設(shè)計(jì)的三種模式。203無心外圓砂帶磨床模塊劃分及參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究在前一章中主要研究了模塊化設(shè)計(jì)的基本概念、運(yùn)用的基本理論、模塊化設(shè)計(jì)方法及模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和評價(jià)等，并重點(diǎn)分析了模塊化設(shè)計(jì)的過程。本章將在前面的基礎(chǔ)之上首先模塊劃分的相關(guān)理論作進(jìn)一步研究，對無心外圓砂帶磨床進(jìn)行模塊劃分；然后再結(jié)合當(dāng)前參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，對模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究模塊零件參數(shù)的設(shè)置、提煉以及特征的創(chuàng)建方法，如何從零件諸參數(shù)中甄選出主動參數(shù)、從動參數(shù)和通用參數(shù)，怎樣確定參數(shù)間的關(guān)系，必須要創(chuàng)建哪些特征，這些特征創(chuàng)建的順序和內(nèi)在聯(lián)系，以及每個(gè)特征具體的創(chuàng)建方法等。模塊劃分技術(shù)研究產(chǎn)品模塊的劃分是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。模塊劃分是否合理與優(yōu)化，直接影響模塊體系的性能、功能和成本。模塊劃分可以運(yùn)用很多方法和設(shè)置不同的層次，但通常主要是從功能角度進(jìn)行分析和研究。運(yùn)用系統(tǒng)功能分解原理，對產(chǎn)品系統(tǒng)功能進(jìn)行合理的功能分解，實(shí)現(xiàn)模塊的合理劃分，創(chuàng)建具備獨(dú)立的特定的功能模塊，以便利用不同的模塊提出滿足客戶定制要求的產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案。國外模塊劃分方法的研究現(xiàn)狀[23]等提出了產(chǎn)品子功能單元構(gòu)成獨(dú)立模塊的十一個(gè)條件作為模塊體系研制的通用原則,（M進(jìn)行聚類。等提出了一種面向產(chǎn)品生命周期工程多目標(biāo)（易于回收性、可升級、可重構(gòu)等）的模塊劃分方法，將模糊數(shù)學(xué)中權(quán)重的概念運(yùn)用到功能結(jié)構(gòu)分析中，實(shí)現(xiàn)了模塊劃分從定性分析到定量分析的發(fā)展。TSENGJIAO[25]設(shè)計(jì)層次上實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的模塊化電路設(shè)計(jì)。他們通過設(shè)計(jì)矩陣表達(dá)了功能需求（設(shè)計(jì)對象）和物理解決方案（設(shè)計(jì)參數(shù)）之間的映射關(guān)系，并成功地把成組技術(shù)和單元制造中相似問題的算法應(yīng)用于設(shè)計(jì)矩陣的聚類分析。Kusiakf[26]Suh的公理化設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)分析了功能需求空間、模塊化功能空間和模塊部件空間之間的映射關(guān)系及其分類。以上幾種模塊劃分方法主要是針對單個(gè)產(chǎn)品沿著產(chǎn)品生命周期的歷程分析進(jìn)行的，沒有考慮用戶需求對模塊劃分的影響。Robert.B.Stone[27]提出了一種用于產(chǎn)品架構(gòu)開發(fā)的功能模型定量化建模方法，將模型中各個(gè)子功能與能量流、物質(zhì)流21和信號流相關(guān)聯(lián)，并以客戶需求程度為衡量尺度，建立需求、功能數(shù)據(jù)庫，并將功能與需求的關(guān)系定量化，由此作為模塊劃分與模塊發(fā)展的主要依據(jù)。文獻(xiàn)[28]提換和傳遞功能鏈，利用功能模型和三條啟發(fā)式方法識別出能夠聚合成模塊的子功能。能按其在設(shè)計(jì)過程中的接口關(guān)系劃分為不同類型的模塊，并從中選出最優(yōu)模塊，然后根據(jù)模塊中信息，排定模塊中各個(gè)功能的優(yōu)先權(quán)，作為規(guī)劃設(shè)計(jì)的依據(jù)。Hsuan[30]模塊劃分流程模塊劃分就是將產(chǎn)品系統(tǒng)分解為一系列模塊子系統(tǒng)，并確保子系統(tǒng)之間具有[31]。22.2統(tǒng)一的原則，前面提到的都是一些基礎(chǔ)性的指導(dǎo)原則，在實(shí)際的模塊劃分中，研究對象不同，側(cè)重點(diǎn)不同，劃分的模塊也不相同。模塊劃分過程通常是以功能為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)為載體，兼顧模塊內(nèi)部的強(qiáng)、弱關(guān)聯(lián)性而進(jìn)行的，模塊劃分過程如3.1所示。圖3.1模塊劃分過程Fig.3.1Themoduledivisionprocess模塊劃分最重要的是模塊分解的層次與規(guī)模。模塊劃分越細(xì)，模塊的層次和級別愈低，模塊數(shù)目越多，模塊愈簡單，通用化程度就愈高，有可能組成更多的產(chǎn)品品種。但隨著模塊數(shù)目的增加，產(chǎn)品的制造、裝配和管理也愈復(fù)雜。模塊劃分越粗，模塊數(shù)目越少，模塊愈復(fù)雜，則模塊本身的設(shè)計(jì)工作量大，而且降低了模塊系統(tǒng)組合產(chǎn)品的柔性。在模塊化設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際情況，從系統(tǒng)22角度出發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)分析方法，以功能分析、分解為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，針對不同設(shè)計(jì)領(lǐng)域，靈活應(yīng)用上述原則，才能達(dá)到最好的效果。系統(tǒng)功能分解模型2040Miles作為價(jià)值工程研究的核心問題。從廣義上講，功能是技術(shù)系統(tǒng)或產(chǎn)品所能完成任務(wù)的抽象描述，它是各種產(chǎn)品所具有的特定用途與各種特性。功能是產(chǎn)品所具有的重要屬性，是從使用角度對產(chǎn)品提出的要求。就機(jī)械產(chǎn)品而言，功能就是產(chǎn)品必須解決的問題，以及為解決此問題產(chǎn)品應(yīng)完成的動作和發(fā)揮的作用。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，功能是確定所研究的產(chǎn)品應(yīng)該做什么，或者要達(dá)到什么目的，并指出特定的解決途徑。在模塊化設(shè)計(jì)中，功能是產(chǎn)品（或模塊）所具有的能滿足用戶需要的特性，或者說是產(chǎn)品（或模塊）所具有的效能、用途和使用價(jià)值[32]。功能是產(chǎn)品所具有的重要屬性，它是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹節(jié)點(diǎn)組成及功能與模塊映射基礎(chǔ)。不論在產(chǎn)品的新設(shè)計(jì)還是再設(shè)計(jì)中，建立功能模型是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中一個(gè)很重要的步驟。所有的功能建模都開始于產(chǎn)品總功能的描述，再將總功能分解為小的、比較簡單的各個(gè)子功能。一個(gè)系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，它的出發(fā)點(diǎn)就是功能和功能分解。功能分解的過程如下：①確定系統(tǒng)的總功能；②明確在此過程中系統(tǒng)應(yīng)完成的動作和發(fā)揮的作用及有關(guān)客體；③根據(jù)各動作或作用初步劃分子功能；④完成整個(gè)系統(tǒng)的功能分解，建立其功能模型。此流程參見圖3.2。系統(tǒng)的總功能初定所需完成的操作，或必須經(jīng)過的作用過程確定系統(tǒng)應(yīng)完成的動作、作用及其發(fā)揮的客體初步劃分主要過程的子功能完成全系統(tǒng)的功能分解系統(tǒng)的功能模型系統(tǒng)的總功能初定所需完成的操作，或必須經(jīng)過的作用過程確定系統(tǒng)應(yīng)完成的動作、作用及其發(fā)揮的客體初步劃分主要過程的子功能完成全系統(tǒng)的功能分解系統(tǒng)的功能模型圖3.2功能分解流程Fig.3.2Theprocessoffunctiondivision23功能分解的目的是將復(fù)雜的問題簡單化，產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)在表達(dá)上通常有兩種方式：功能結(jié)構(gòu)樹和功能結(jié)構(gòu)圖，如圖3.3所示。功能結(jié)構(gòu)樹功能結(jié)構(gòu)圖圖3.3功能分解的結(jié)構(gòu)模型Fig.3.3Thestructuremodeloffunctiondivision功能結(jié)構(gòu)樹是一種層次性的結(jié)構(gòu)，描述了在不同程度上產(chǎn)品系統(tǒng)功能的構(gòu)成，相鄰層次間的功能是上位功能與下位功能的關(guān)系。功能分析首先從產(chǎn)品的整體功能或總功能開始，將總功能分解為一級子功能，然后以層層推進(jìn)方式向下進(jìn)行，依次得到二級子功能、三級子功能等等。功能結(jié)構(gòu)圖是用有向圖來表達(dá)產(chǎn)品系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的方式。圖中的結(jié)點(diǎn)代表構(gòu)成產(chǎn)品系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素，稱為結(jié)構(gòu)組件，當(dāng)組件的結(jié)構(gòu)尚不清楚，則可將其描述為“某項(xiàng)功能的結(jié)構(gòu)載”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成中可以代表一個(gè)零件、一個(gè)部件、一個(gè)模塊甚至是一個(gè)零件的部分。功能結(jié)構(gòu)圖清晰的描述了產(chǎn)品系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和各結(jié)構(gòu)組件之間的功能關(guān)聯(lián)。模塊劃分算法研究在模塊劃分過程中，對產(chǎn)品的總功能進(jìn)行充分的分解，需要解決的關(guān)鍵問題有[33]：①產(chǎn)品總體功能的分解程度。由于模塊是完成某一或某些子功能的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)單元，產(chǎn)品總體功能的抽象模式及總體功能的分解方案將直接影響到模塊的劃24分；②功能單元相關(guān)程度的衡量與定量計(jì)算。功能間的相關(guān)度是功能聚集成模塊的根據(jù)；③功能單元如何聚集為模塊；④模塊劃分?jǐn)?shù)目的確定等。子功能之間相關(guān)性分析從模塊劃分的角度出發(fā)，將子功能之間相關(guān)性分為下面幾種類型：①功能相關(guān)性零部件之間的功能相關(guān)性，是指在模塊劃分時(shí)，將那些為實(shí)現(xiàn)同一功能的零部件聚在一起構(gòu)成的模塊的零部件之間存在的關(guān)系，其定義如表3.l所示。表3.1功能相關(guān)性定義Table3.1Definitionoffunctionrelativity功能相關(guān)性描述 相關(guān)數(shù)零部件為共同完成某個(gè)子功能而缺一不可 1.0某個(gè)零部件的子功能輔助關(guān)系強(qiáng) 0.5～0.9某個(gè)零部件的子功能輔助關(guān)系弱 0.1～0.4零部件之間無功能關(guān)系 0②幾何相關(guān)性零部件之間的幾何相關(guān)性，是指零部件之間的空間、幾何關(guān)系上的物理聯(lián)接、平行度和同軸度等幾何關(guān)系。歸納起來，主要從聯(lián)接關(guān)系方面考慮零部件之間的幾何相關(guān)性，其定義如表3.2所示。表3.2幾何相關(guān)性定義Table3.2Definitionofgeometricrelativity連接相關(guān)描述 相關(guān)數(shù)值零部件之間不可拆分 1.0零部件之間聯(lián)接緊密 0.5～0.9螺紋等易拆分聯(lián)接 0.1～0.4無聯(lián)接關(guān)系 0③物理相關(guān)性物理相關(guān)性是指零部件之間存在著能量流、信息流或物料流的傳遞等物理關(guān)系。能量流是指零部件間所傳遞的驅(qū)動力、扭矩、動力、電流或液壓力等，信息流是指零部件的光、電等信號的傳遞，物料流則是指被處理的物料、工件、夾具3.3所示。25表3.3物理相關(guān)性定義 3.3Definitionofphysicalrelativity 物理相關(guān)描述 相關(guān)數(shù)值存在著能量流的物理關(guān)系 1.0存在著信息流的物理關(guān)系 0.5～0.9存在著物料流的物理關(guān)系 0.1～0.4無物理關(guān)系 0建立子相關(guān)矩陣根據(jù)模塊劃分準(zhǔn)則評定構(gòu)造零部件的功能子相關(guān)矩陣Rg如下：Rg(1,1)

Rg2)

Rg(1,n)R(2,1)

R(2,2)

R(2,n)R(i,j)g

g g g … … … …

(3.1)R(n,1) R(n,2) … R(n,n)g g g Rg(i,j表示零部件ij3.lRj3.23.3Rg相同。根據(jù)建立的各子相關(guān)矩陣生成零部件i，j(i，j1,2，…，n)之間的相關(guān)矩陣Rm×n，其構(gòu)造算法如下：R(i,j)Rg(i,j)gRj(i,j)jRw(i,j)w

(3.2)R(2,1)

2) R(2,2)

n)R(2,n)R(i,j)

(3.3)… … … … R(n,1) R(n,2) … R(n,n) 式中：g—功能相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)j—幾何相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)w—物理相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)模塊劃分的截矩陣相關(guān)性是系統(tǒng)子功能集上的一個(gè)模糊關(guān)系，可用一個(gè)相關(guān)矩陣來描述。設(shè)子功能集F1,f2…,fnRj，ij,（i,j=1,2…,n其中ij為fifj0fifj1fifj模塊。但當(dāng)01fifj是否應(yīng)該劃分在同一模塊呢？為此，引進(jìn)模糊數(shù)學(xué)中截矩陣的概念。26 ,當(dāng)ij,fi與fj ,當(dāng)j,fi與fj

，稱R為R的截矩陣。就可以將系統(tǒng)n個(gè)子功能分為m個(gè)獨(dú)立的子功能組，組內(nèi)的各子功能的減小，獨(dú)立子功能組數(shù)減小，組內(nèi)的相關(guān)子功能數(shù)增多。對系統(tǒng)子功能集的分解，實(shí)際上是對水平以下的相關(guān)性的忽略，即當(dāng)時(shí)，取0，隨著無心外圓砂帶磨床的模塊劃分無心外圓砂帶磨床功能分解在對本文研究的無心外圓砂帶磨床進(jìn)行功能分解之前，首先要弄清楚產(chǎn)品的總功能。產(chǎn)品的總功能體現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的總目標(biāo)，再進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作前需要對產(chǎn)品進(jìn)行總功能的分析。一般情況下總體功能分析采用黑箱法。黑箱法并不關(guān)心系統(tǒng)的具體工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是著眼于分析系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系，并通3.4圖3.4黑箱原理示意圖Fig.3.4Thesketchofblackboxprinciple對于不同的產(chǎn)品和系統(tǒng)，其輸入和輸出的具體能量流、物質(zhì)流和信息流不同。對本文研究的無心外圓砂帶磨床而言，其輸入的物料、能量和信號分別是外圓工件、電能、電信號，而輸出的則是工件尺寸和表面質(zhì)量符合要求的外圓工件、熱能\噪聲，因此，可以確定其總功能是把不符合技術(shù)要求的工件加工成符合要求的工件。3.5所示，總功能可以分解為一級分功能：驅(qū)動、控制、支撐和輔助功能，這些只是一級分功能，它們功能的實(shí)現(xiàn)還需要其它的功能來配合，因此可繼續(xù)分解。驅(qū)動又可以分為兩個(gè)二級分功能：能量傳遞27與分配和主電機(jī)。控制可分為電器控制與砂帶張緊控制。能量傳遞與分配又可進(jìn)一步分解為三級子功能：磨頭傳動、進(jìn)給傳動。圖3.5無心外圓砂帶磨床功能分解Fig.3.5Thefunctionaldivisionofcenterlessexternalabrasivebeltgrinder圖3.5是從無心外圓砂帶磨床產(chǎn)品功能分解的角度得到的各級子功能，這些子3.6FMi表示功能模塊：①某一級一個(gè)分功能直接作為一個(gè)功能模塊；②同一級的幾個(gè)分功能或不同級的幾個(gè)分功能按照一定的原則聚合為一個(gè)功能模塊。圖3.6子功能構(gòu)成模塊的不同方式Fig.3.6Thedifferentwaytomakeupmodules無心外圓砂帶磨床功能模塊劃分在對無心外圓砂帶磨床總功能分解基礎(chǔ)上，再將無心外圓砂帶磨床劃分為滿足模塊化設(shè)計(jì)要求的一系列功能模塊。對無心外圓砂帶磨床產(chǎn)品功能模塊進(jìn)行分解，其模塊的劃分可粗可細(xì)、可大可小，這主要取決于用戶對產(chǎn)品的要求。而砂帶磨床模塊的合理劃分是一個(gè)較復(fù)雜的設(shè)計(jì)分析過程。模塊劃分太細(xì)，雖可能組合成較多的變型產(chǎn)品，但模塊的綜合過程卻相對困難，反之，模塊劃分過粗，雖28然模塊綜合過程容易，但易導(dǎo)致產(chǎn)品性能上的不合理和柔性太差。本文結(jié)合現(xiàn)有的砂帶磨床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征、產(chǎn)品的系列規(guī)格以及產(chǎn)品的發(fā)展計(jì)劃，在砂帶磨床模塊化設(shè)計(jì)中提出了以下模塊劃分的基本原則：①特性原則，模塊的劃分應(yīng)盡可能考慮砂帶磨床的特性要求，力求典型化。如砂帶磨床的磨頭模塊就是砂帶磨床中典型的模塊，將其作為獨(dú)立的組件模塊，可根據(jù)加工要求對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，甚至可以將砂帶磨頭安裝在車床刀架或托板上進(jìn)行軸類零件的外圓磨削。②獨(dú)立原則，對將要劃分的模塊單元要在結(jié)構(gòu)上和功能上盡可能做到獨(dú)立化，這樣所劃分的模塊易于組合裝配，也便于構(gòu)成多種變型產(chǎn)品。如砂帶磨床的進(jìn)給傳動模塊、托板模塊、床身模塊等是相對獨(dú)立的組件模塊，可以根據(jù)顧客的組裝成不同的砂帶磨床產(chǎn)品。③細(xì)化部件原則，以結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立的部件作為模塊單元，便于模塊的互換。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件可進(jìn)一步細(xì)化，將部件中的某些組件模塊化?；A(chǔ)件結(jié)構(gòu)簡單，功能獨(dú)立，應(yīng)作為單獨(dú)的模塊單元考慮[40]。如砂帶磨床中的磨頭模塊可細(xì)化為磨頭主軸模塊和張緊模塊，而其中的砂帶張緊模塊可進(jìn)一步細(xì)化為氣缸、張緊輪等。根據(jù)以上原則和前面論述的模塊劃分原則、運(yùn)算法則，對無心外圓砂帶磨床進(jìn)行模塊劃分，可劃分為驅(qū)動模塊、控制模塊、支撐模塊、和輔助模塊4個(gè)基本功能模塊，又可以進(jìn)一步細(xì)分，具體劃分結(jié)果如圖3.7所示。29圖3.7無心外圓砂帶磨床的功能模塊劃分Fig.3.7Thefunctionalmoduledivisionofcenterlessexternalabrasivebeltgrinder功能模塊與結(jié)構(gòu)模塊之間的映射經(jīng)過功能分解后劃分得到的功能模塊組成了產(chǎn)品的功能模塊集合，它屬于功能域，結(jié)構(gòu)則是功能的載體，模塊化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模塊屬于結(jié)構(gòu)域。構(gòu)成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模塊是功能域上特定功能的功能模塊在結(jié)構(gòu)域上映射的結(jié)果。對于一個(gè)產(chǎn)品系列而言，這種從功能域中元素到結(jié)構(gòu)域中元素的映射有一對3.8FM1只對應(yīng)結(jié)構(gòu)域中一在圖中用菱形表示SM11FM2、FMn則分別可以SM12、SM22SMn2等，這些結(jié)構(gòu)模塊分別被產(chǎn)品系FM2、FMn是一對多的關(guān)系。30映射功能域 結(jié)構(gòu)域1SM……nSMSM…………2SMSM……FMSMFMSMSMFMSM圖3.8功能模塊到結(jié)構(gòu)模塊的映射Fig.3.8Themappingoffunctionalmoduletostructuralmodule砂帶磨床模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)經(jīng)模型的尺寸用對應(yīng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)化模型的尺寸用對應(yīng)的關(guān)系表示，而不需用確定的數(shù)值，變化一個(gè)參數(shù)值，將自動改變所有與它相關(guān)的尺寸[35]。其實(shí)質(zhì)就是提取圖形中所包含的各圖元對象的幾何與拓?fù)湫畔ⅲΩ鲌D元對象之間的約束關(guān)系進(jìn)行分析，在不改變原有圖形拓?fù)潢P(guān)系的基CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法當(dāng)前行業(yè)中主流的通用CAD系統(tǒng)，如國內(nèi)外廣泛使用的CAD/CAM軟件UG、Pro/E、I-DEAS、Solidwork等，均提供了非常強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法主要有以下兩種：①采用人機(jī)交互的方式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)這種設(shè)計(jì)方法是利用CAD軟件自身的參數(shù)化造型功能創(chuàng)建零件的三維模型，系統(tǒng)會依據(jù)建模過程伴隨自動生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量。用戶通過采用交互的操作方式在CAD系統(tǒng)中對三維模型的參數(shù)進(jìn)行修改，通過給參數(shù)變量賦予不同參數(shù)值來驅(qū)動零件模型的變化，從而實(shí)現(xiàn)了用戶交互操作層次上的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)。很多通用的CAD軟件均提供了各具特色的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具以便用戶更好的進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。②運(yùn)用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)這種設(shè)計(jì)方法具體又可以分為兩種形式，一種是尺寸驅(qū)動方式，另一種是程序驅(qū)動方式。所謂尺寸驅(qū)動法是通過建立零件的三維模型，再以此三維模型作為CAD系統(tǒng)所提供的編程接口來操作控制該模板，31通過設(shè)置參數(shù)并編制應(yīng)用程序，給設(shè)計(jì)變量賦予不同值以實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是快捷高效且程序代碼簡潔，缺點(diǎn)是由于某些零件參數(shù)無法用尺寸標(biāo)注或特征生成的方式來描述，因此系統(tǒng)無法生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，也就無法設(shè)置尺寸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動。程序驅(qū)動法是指不依靠CAD系統(tǒng)本身進(jìn)行建模，而是將零件設(shè)計(jì)過程中的所有關(guān)系式融入到應(yīng)用程序中，然后在應(yīng)用程序的運(yùn)行控制下，依次順序執(zhí)行這些設(shè)計(jì)關(guān)系表達(dá)式，按照用戶所賦予的變量值生成相應(yīng)的三維零件模型。這種法的特點(diǎn)是：不需要人工建立三維零件模型，而完全由應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，但每次生成新的零件模型都需要重新運(yùn)行一次程序。所以在實(shí)際應(yīng)用中，編程參數(shù)化設(shè)計(jì)方法一般綜合運(yùn)用了程序驅(qū)動和尺寸驅(qū)動兩種設(shè)計(jì)方法，通常以尺寸驅(qū)動方法為主，無法尺寸驅(qū)動完成的設(shè)計(jì)用程序驅(qū)動來處理。砂帶磨床模塊采用的參數(shù)設(shè)計(jì)方法砂帶磨床模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)采用編程參數(shù)化設(shè)計(jì)方法暨綜合運(yùn)用了程序驅(qū)動和尺寸驅(qū)動兩種設(shè)計(jì)方法，以尺寸驅(qū)動方法為主，無法尺寸驅(qū)動完成的設(shè)計(jì)用程序驅(qū)動來處理。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是快捷高效且程序代碼簡潔；缺點(diǎn)是由于個(gè)別零件參數(shù)無法用尺寸標(biāo)注或特征生成的方式來描述，因此系統(tǒng)無法生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，也就無法設(shè)置尺寸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動，此時(shí)需要用程序驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)，既輔以一定的繪圖程序?；具^程可概述為：通過建立零件的三維模型，再以此三維模型作為零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的模板，利用通用CAD系統(tǒng)所提供的編程接口來操作控制該模板，通過設(shè)置參數(shù)并編制應(yīng)用程序，給設(shè)計(jì)變量賦予不同值以實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，其過程如圖3.9所示。從模型中讀派生出新的三維模型參數(shù)化設(shè)計(jì)程序三維模型樣板入設(shè)計(jì)參數(shù) 修改設(shè)計(jì)數(shù)派生出新的三維模型參數(shù)化設(shè)計(jì)程序三維模型樣板圖3.9以尺寸驅(qū)動方法為主的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程Fig.3.9Parametricdesignprocesswithdimensiondrivenmethod采用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)雖然在應(yīng)用程序的編制方面有一定的難度，但可以針對企業(yè)的特定的設(shè)計(jì)需求，通過編制應(yīng)用程序，在應(yīng)用程序中包括參數(shù)化功能、設(shè)計(jì)計(jì)算功能、數(shù)據(jù)管理功能及其他功能，并通過生動的用戶界面與設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)中的特定零部件的專用設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠極大地提高設(shè)計(jì)效率，減少重復(fù)勞動，因此特別適合于系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也在一定程度上支持變型設(shè)計(jì)。用戶一般只需建立零部件的三維模型作為模板，32并輔以一定的繪圖程序，在此基礎(chǔ)之上建立參數(shù)化零部件庫，以后同類的設(shè)計(jì)只需從庫中調(diào)用模板或繪圖程序，通過應(yīng)用程序給參數(shù)賦值便可以實(shí)現(xiàn)，很大程度上提高了設(shè)計(jì)效率。創(chuàng)建零件三維參數(shù)化模型模板的關(guān)鍵按程序控制表達(dá)式的設(shè)計(jì)思想，模塊三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容就是論述一